[发明专利]一种认证水印的嵌入与检测方法及其系统和用途

说明书

技术领域：

本发明有关计算机数字图像处理与识别，特别涉及一种基于数字指纹的认证水印的嵌入与检测方法及其系统和用途。

背景技术：

计算机技术的发展和互联网的普及使数字化的图像、单据、文件或者档案得以广泛应用在很多电子商务和电子政务的重要业务中，比如说银行的票据截留业务[1]，税务部门的增值税票的认证业务[2]，档案管理部门的电子档案业务[3]等等。在这些应用中，纸质的银行支票、增值税票、文件以及书籍被扫描或者拍照，转换成数字影像，从而实现在业务流程中对于纸质原本的替代功能。数字影像具有传输快捷、海量存贮和方便管理等一系列优点，但是数字影像往往很容易被恶意篡改，造假者可以利用常用的数字图像处理工具没有痕迹的更改数字影像的内容，并且利用网络传输的漏洞，将伪造的或者篡改之后的数字影像替代原有正常的数字影像。因此，对于数字化的电子票据，电子表单和电子档案的内容完整性认证以及篡改检测技术，对于电子商务和电子政务的应用和推广，起到至关重要的作用。

众所周知，电子签名技术可以实现对于电子数据的完整性认证，但是电子签名技术不能直接应用在数字影像的完整性认证上，因为1)数字影像常常被存储为有损压缩的格式，比如将扫描的图像从TIF转换成JPEG，这样的压缩不改变数字影像的内容，但是改变了数字影像存贮的电子数据。如果直接采用电子签名的方法，将产生认证错误；2)电子签名的认证信息往往独立于数字影像的内容保存，如果数字影像的格式转变，将造成电子签名信息的丢失；3)电子签名技术无法实现对于数字影像的篡改定位。

数字水印技术是指在数字图像中加入不可见或者隐约可见的版权信息或者认证信息，这样，数字图像的认证可以通过提取其中的版权信息和认证信息实现。数字水印技术分为鲁棒型和脆弱型两类，鲁棒型指作为水印嵌入的版权信息可以抵抗图像的各种变换，比如平移、旋转、剪切、滤波、或者是恶意的更改、涂抹等；脆弱型指作为水印嵌入的认证信息对于图像的各种变换敏感，即一旦图像有了变化，认证的水印信息也相应的产生变化，并且将篡改的区域标识出来。脆弱型水印的这种特性决定了这种技术比较适合数字影像的完整性认证。

目前，已经有一些先例利用脆弱型水印实现数字影像的完整性认证，比如，Yeung和Mintzer提出的二值查找表的方法[参考1]及其几个变体[参考2][参考3]，Wong提出的分块数字签名的方法[参考4]及其几个变体[参考5][参考6][参考7][参考8]。这些方法可以实现一定程度上的数字影像认证以及篡改定位，但是它们均不能抵抗数字影像的有损压缩，比如，当对数字影像进行JPEG压缩之后，尽管图像的内容没有变化，但是以上方法都会认证失败。因此，有些方法尝试找到一些对应JPEG压缩不变的频率特征，对这些特征加入认证水印信息，从而实现一种能够抵抗JPEG压缩的脆弱型水印[参考9]，此类方法的缺点是运算量大，并且比较依赖于特定的图像压缩格式。

具体的参考文献有如下

1.M.Yeung and F.Minzter，“An Invisible Watermarking technique for image verification，”inProc.IEEE Intl.Conf.Image Processing，vol.1，Santa Barbara，USA，October 1997，pp.680-683.

2.N.Memon，S.Shende，and P.W.Wong，“On the security of the Yeung-Mintzer authenticationwatermark”，inProc.of the IS & T PICS Symposium，Savannah，Georgia，March 1999.

3.J.Fridrich，M.Goljan，and A.C.Baldoza，“New fragile authentication watermark for images”，in Proc.IFEE Int’l Conf.Image Processing，2000，pp：446-449.

4.P.W.Wong，“A Public Key Watermark for Image Verification and Authentication，”in Proc.IEEE Intl.Conf.Image Processing，vol.I，Chicago，USA，October 1998，pp.455-459.